【摘要】：自適應機翼技術(shù)原理是在不同的飛行任務狀態(tài)下,自適應地改變機翼形狀,使飛機獲得最佳飛行性能。作為今后機翼發(fā)展的一個重要方向,現(xiàn)階段自適應機翼已經(jīng)在一些戰(zhàn)斗機、轟炸機以及無人機中取得了成功的應用。從20世紀80年代開始,世界主要軍事大國競相把該技術(shù)作為重點戰(zhàn)略發(fā)展方向,制定并實施了一系列中長期規(guī)劃。目前自適應機翼技術(shù)的研究主要可以分為兩個學派:一是通過外部增加物或是翼型的微小改變有效調(diào)節(jié)流場中無粘或是附面層的流動,即基于機翼小尺度變形的流動控制自適應機翼技術(shù);另一個是尺度較大地改變機翼幾何構(gòu)型的自適應機翼技術(shù),以使飛機在不同任務狀態(tài)下獲得最優(yōu)飛行性能。本文研究內(nèi)容為基于并聯(lián)機構(gòu)的大尺度機翼變形技術(shù)。 并聯(lián)機構(gòu)有別于串聯(lián)機構(gòu)的特點在于機構(gòu)緊湊、承載能力強、加速快等優(yōu)點,基于以上優(yōu)點,并聯(lián)機構(gòu)作為自適應機翼的連動機構(gòu)有其獨特的優(yōu)越性。目前已經(jīng)投入使用的大變形自適應機翼飛機,如F-14、圖-160等多為單自由度變形,而并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)勢在于其往往具有多個自由度。因此,更多的自由度將使自適應機翼的變形方式進一步拓展。傳統(tǒng)3-RPS并聯(lián)機構(gòu)是在6-SPS機構(gòu)或Stewart平臺基礎(chǔ)上改進而來,具有3個獨立自由度,包括兩個獨立轉(zhuǎn)動自由度和一個獨立平動自由度。通過對3-RPS機構(gòu)進行改進,在不改變其獨立自由度基礎(chǔ)上,使其結(jié)構(gòu)更加接近于機翼截面,特殊姿態(tài)運動求解更為簡便,從而能夠順利應用于自適應機翼連動機構(gòu)。本文的工作主要包括以下幾個部分: (1)通過對六自由度平臺的分析和簡化,忽略次重要自由度,選定3-RPS機構(gòu)作為機翼連動機構(gòu)。對經(jīng)典3-RPS機構(gòu)進行改進,使之在運動副布置上更接近于機翼截面形狀,從而適用于多種翼型; (2)對并聯(lián)機構(gòu)的發(fā)展做概要性介紹,對改進后的3-RPS機構(gòu)進行了運動學逆解推導,并簡單分析了其運動規(guī)律,從而對該機構(gòu)作為連動機構(gòu)的機翼運動過程有了充分了解,進而有利于根據(jù)實際運動效果進行軌跡規(guī)劃; (3)通過幾種實現(xiàn)方法的優(yōu)劣比較,選定并聯(lián)機構(gòu)實施方案,做出實物模型,并通過手動調(diào)節(jié)驗證其運動效果。 (4)采用NI公司Labview可視化編程軟件以及外圍設(shè)備,編制具有良好可視性的自適應機翼測控系統(tǒng)。全電控設(shè)計使系統(tǒng)升級優(yōu)化變得簡單可行; (5)在考慮工作空間基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計,同時在考慮系統(tǒng)載荷承受的基礎(chǔ)上,對結(jié)構(gòu)的零部件進行了優(yōu)化設(shè)計。并根據(jù)優(yōu)化結(jié)果提出了新的設(shè)計方案。
[Abstract]:The principle of adaptive wing technology is to change the wing shape adaptively under different mission conditions, so that the aircraft can obtain the best flight performance. As an important direction of wing development in the future, adaptive wing has been successfully applied in some fighter planes, bombers and UAVs. Since the 1980s, the major military powers in the world have taken the technology as the key strategic development direction and formulated and implemented a series of medium- and long-term plans. At present, the research of adaptive wing technology can be divided into two schools: one is to regulate the flow of non-viscous or boundary layer in the flow field effectively through the small changes of external additions or airfoils. The other is the adaptive wing technology which changes the geometric configuration of the wing on a large scale in order to obtain the optimal flight performance of the aircraft under different mission conditions. This paper focuses on the large scale wing deformation technology based on parallel mechanism. The parallel mechanism is different from the series mechanism in that it has the advantages of compact mechanism, strong bearing capacity, fast acceleration and so on. Based on the above advantages, the parallel mechanism as an adaptive wing linkage mechanism has its unique advantages. At present, large deformed adaptive wing aircraft, such as F-14, figure 160 and so on, are mostly single-degree-of-freedom deformations, but the advantage of parallel mechanism is that they often have multiple degrees of freedom. Therefore, more degrees of freedom will further expand the deformation of the adaptive wing. The traditional 3-RPS parallel mechanism is improved on the basis of 6-SPS mechanism or Stewart platform. It has three independent degrees of freedom, including two independent rotational degrees of freedom and one independent translational degree of freedom. By improving the 3-RPS mechanism, without changing its independent degree of freedom, the structure of the mechanism is closer to the wing section, and the solution of the special attitude motion is more convenient, so it can be applied to the adaptive wing linkage mechanism smoothly. The main work of this paper includes the following parts: (1) by analyzing and simplifying the six-degree-of-freedom platform and neglecting the sub-important degree of freedom, the 3-RPS mechanism is selected as the wing linkage mechanism. The classical 3-RPS mechanism is improved to make it closer to the wing section shape in the kinematic pair arrangement, which is suitable for various airfoils. (2) the development of parallel mechanism is introduced briefly. The inverse kinematics solution of the improved 3-RPS mechanism is derived, and its motion law is simply analyzed, so that the wing motion process of the mechanism as a linkage mechanism is fully understood. Then it is helpful for trajectory planning according to the actual motion effect. (3) by comparing the advantages and disadvantages of several realization methods, the implementation scheme of parallel mechanism is selected, and the physical model is made. The motion effect is verified by manual adjustment. (4) an adaptive wing measurement and control system with good visibility is developed by using NI Labview visual programming software and peripheral equipment. The whole electronic control design makes the optimization of the system upgrade simple and feasible. (5) the geometric parameters of the structure are optimized based on the workspace and the load bearing of the system is considered. The structural parts are optimized. According to the optimization results, a new design scheme is proposed.
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：V224;TH112

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本文編號：2281561